Пермские ученые придумали новый способ снизить шум вертолета
Лопасти вертолета при полете создают вибрацию и шум, что приводит к дискомфорту пассажиров, увеличению нагрузки пилота, снижению долговечности компонентов конструкции. Для уменьшения этих эффектов существуют пьезоактуаторы — устройства, которые регулируют форму и наклон лопастей во время полета, чтобы те меньше вибрировали и шумели. Хотя теоретические основы таких «умных конструкций» уже существуют, их практическое применение требует разработки надежных методик проектирования. Ученые Пермского Политеха рассчитали, какие параметры лопасти позволяют добиться максимального изменения формы, чтобы лучше гасить вибрацию и шум.
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника». Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания.
Снижение вибраций и шума вертолета — это важная задача, направленная на повышение безопасности, комфорта, экономичности и экологичности вертолетных перевозок. Кроме того, эти негативные эффекты создают дискомфорт для людей, живущих вблизи аэропортов и вертолетных площадок, мешают отдыху, работе и даже влияют на здоровье: считается, что звук, который превышает 85 дБ, вреден, при этом вблизи вертолета он может достигать примерно 100-110 дБ. На таких высоких уровнях шума постепенно и незаметно повреждаются слуховые клетки. Человек может долго не осознавать проблему, пока она не станет заметной. Также постоянный высокий уровень шума негативно влияет на психологическое состояние, вызывает усталость и раздражительность.
Сегодня лопасти вертолетов делают в основном из композиционных материалов. Это позволяет снизить вес конструкции и при этом сохранить ее прочность и жесткость, а кроме того – интегрировать в конструкцию пьезоэлектрические актуаторы прямо в процессе изготовления. Пьезоактуаторы – это такие устройства, которые преобразуют электрический потенциал в деформацию. Они искривляются (растягиваются или сжимаются) и меняют форму лопасти – изгибают или скручивают ее. Таким образом, лопасть адаптируется к условиям полета, улучшаются летные характеристики.
Ученые Пермского Политеха рассчитали, какие параметры позволяют добиться максимального изменения формы лопасти, чтобы лучше гасить вибрацию и шум.
Исследование проходило в два этапа. На первом ученые смоделировали деталь на компьютере. Они рассмотрели два варианта строения лонжерона – продольного несущего элемента для усиления лопасти: один имел C-образное строение, другой – D-образное. Пьезоактуаторы в обоих случаях были размещены на поверхности детали. Другими словами, ученые создали цифровой двойник конструкции, а затем провели моделирование его работы при воздействии управляющих электрических сигналов и эксплуатационных нагрузок.
Второй этап заключался в экспериментальной апробации цифровой модели.
– Для того, чтобы проверить, насколько достоверны данные, полученные с помощью цифрового двойника, мы провели аналогичные лабораторные испытания на реальном композиционном материале. В качестве образца использовался углепластик (один из самых распространенных композиционных материалов), толщина которого была такой же, как у обшивки исследуемой вертолетной лопасти. В рамках лабораторных экспериментов модельный образец был жестко закреплен с одной стороны.
В его центре размещен пьезоактуатор, на который с помощью высоковольтного усилителя и генератора сигналов подавалось разное электрическое напряжение – 200, 500 и 1000 В. При этом анализировалось его влияние на деформацию в углепластике. Угол закручивания измеряли высокоточными лазерными датчиками перемещения в трех местах – два по краям и один в центре, – рассказывает Екатерина Нуреева, аспирантка кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ.
При сравнении данных, измеренных датчиками, с результатами, полученными на цифровом двойнике, выяснилось, что погрешность разработанной модели не превышает 8%. Это значит, что она обладает высокой точностью и ее можно использовать для дальнейших исследований.
– Результаты численных экспериментов с использованием цифрового двойника позволили определить рациональные параметры конструкции. Для того, чтобы снизить шум и вибрацию композитного несущего винта вертолета, необходимо предотвратить возникновение создаваемого лопастью турбулентного потока. Этот эффект достигается при угле закручивания 4о, – поясняет Павел Писарев, доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Исследование ученых Пермского Политеха позволит достичь большего изменения угла закручивания и, как следствие, улучшить аэродинамические характеристики вертолетов. Результаты лабораторных испытаний подтвердили высокую точность предложенной модели, что открывает новые возможности для дальнейших исследований и практического внедрения технологий, направленных на повышение комфорта и безопасности вертолетных перевозок.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Больше половины студентов регулярно читают учебные тексты под музыку, хотя многие научные работы утверждают, что это вредит пониманию текста. Исследователи из Университета Эдит Коуэн выяснили, что эта привычка определяется не когнитивными способностями вроде силы внимания, а тем, насколько важную роль музыка играет в жизни конкретного человека.
В 2020-х годах шакалы достигли Архангельской области, а еще раньше колонизировали другие регионы Северной Европы. Авторы новой работы проанализировали перспективы и пришли к выводу о неизбежности многократного расширения их европейского ареала в этом веке. Причем ключевую роль в этом играет человек и его действия.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно